Microsoft PowerPoint - 2. Definiranje osnovnih pojmova telekomunikacijskih mreža

Sveučilište u Zagrebu FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI Zavod za informacijsko-komunikacijski promet Katedra za tehniku informacijsko informacijsko-komunikacijskog komunikacijske sustave i mreže prometa Kolegij: Arhitektura telekomunikacijske mreža (ak. god. 2016./2017.) Definiranje osnovnih pojmova telekomunikacijskih mreža izv. prof. dr. sc. Dragan Peraković doc. dr. sc. Marko Periša prof. dr. sc. Slavko Šarić dr. sc. Ivan Forenbacher

Sadržaj Segmentacija telekomunikacijske mreže Temeljni pojmovi Vrste kanala Two-wire vs. Four-wire Bandwidth Analog vs. Digital Pojačala i ponavljači signala Proces konverzije Multipleksiranje Komutacija kanala i komutacija paketa Signalizacija i upravljanje Načini distribucija informacija OSI model

Uvod Arhitektura telekomunikacijske mreže

o Arhitektura je Raspored elemenata mreže Složena struktura mreže Ustroj mreže Uvod (cont.) o Telekomunikacija je Prijenos i distribucija informacija (komunikacija) od odašiljača prema prijemniku na određenoj udaljenosti (tele). Određeni oblik elektromagnetske energije predstavlja informacije preko određenog prijenosnog medija (bakar, optičko vlakno, zrak) o Mreža je Sustav za prijenos informacija Niz međusobno povezanih dijelova (komunikacijskih sustava) u cjelinu sa ciljem distribucije informacija.

Sadržaj Segmentacije telekomunikacijske mreže Temeljni pojmovi Vrste kanala Two-wire vs. Four-wire Bandwidth Analog vs. Digital Pojačala i ponavljači signala Proces konverzije Multipleksiranje Komutacija kanala i komutacija paketa Signalizacija i upravljanje Načini distribucija informacija OSI model

Segmentacija telekomunikacijske mreže o Telekomunikacijska mreža se može podijeliti na tri osnovna dijela: Korisnička mreža je dio mreže koji se nalazi na isključivo na korisničkoj strani. Sastoji se od krajnjih/terminalnih uređaja (engl. End-device) engl. User Premises Equipment (UPE) Pristupna mreža je dio komunikacijske mreže koja omogućava korisnicima ili krajnjim uređajima povezivanje na jezgrenu mrežu. engl. Access network Jezgrena mreža je središnji dio komunikacijske mreže. Omogućava usmjeravanje i prijenos informacija između dva rubna dijela mreže. engl. Core network

Segmentacija telekomunikacijske mreže (cont.) Slika X. Segmentacija telekomunikacijske mreže

Temeljni pojmovi o Predajnik (Transmitter) je Uređaj koji započinje prijenos informacija. Koriste se još nazivi i kao sender ili source. Primjeri uređaja jesu: telefoni, računala, video kamere i sl. o Prijemnik (Receiver) je Uređaj koji zaprima informacije. Koriste se još nazivi i kao sink, target device ili destination device. Primjeri uređaja jesu: telefoni, računala, video kamere.

Temeljni pojmovi (cont.) o Circuit je Komunikacijski put/putanja koji je uspostavljen preko prijenosnog medija između dvije ili više točaka u mreži. Circuit se pretežno odnosi na logičku vezu (engl. Logical connection) preko fizičke linije (engl. Physical line) o Circuit se još naziva path, link, line ili channel koji imaju svoje značenje ovisno o tehnologiji koja se koristi. o Circuit se najčešće koristi u telefonskoj mreži za komunikaciju koja može biti preko dvije žice (negl. Two-wire circuit) ili četiri žice (engl. Four-wire circuit). o Circuit može biti pristupni ili transportni. fizički ili virtualni.

Temeljni pojmovi (cont.) o Link je Segment od dvije točke (kraja) end-to-end circuit-a (npr. od terminalnog uređaja prema switch-u). Circuit se najčešće sastoji od višestrukih linkova.

Temeljni pojmovi (cont.) Slika 1. Kanal i link između odašiljača i prijemnika Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Temeljni pojmovi (cont.) o Line je Dio koji označava konekciju između PBX centrale i terminalnog uređaja. Dio koji označava konekciju između korisnika i lokalne centrale (engl. Local loop) korisnički dio mreže. o Line se još naziva i tributary (pritok) koji je dio trunk-a (u jezgrenom dijelu mreže) o Trunk je Komunikacijski kanal koji se dijeli između više korisnika. o Trunk može biti Central Office Trunk povezuje korisnike/pbx sa lokalnom centralom Tie Trunk povezuje međusobno dvije PBX centrale. Interoffice trunk povezuje međusobno dvije lokalne centrale

Temeljni pojmovi (cont.) o Channel je Jednosmjerna konekcija/veza između odašiljača i prijemnika. U podatkovnim mrežama odnosi se na dvosmjernu komunikaciju. o Switch je Uređaj koji uspostavlja, održava i mijenja logičke veze preko fizičkog medija. U kontekstu telefonski mreže najčešće se odnosi na telefonsku centralu. U kontekstu podatkovnih mreža odnosi se na uređaje koji obavljaju paketnu komutaciju Ovisno gdje su smješteni, mogu biti edge ili core switchevi o Router je Inteligentiji uređaj od switch-a koji može donositi odluke o usmjeravanju gledajući mrežu kao cjelinu. To je u suprotnosti sa switch-evima koji gledaju samo pojedini link i ne znaju što se događa u ostatku mreže.

Temeljni pojmovi (cont.) o Mreža je Skup (prostorno distribuiranih) elemenata međusobno povezanih sa ciljem omogućavanja prijenosa i distribucije informacija. o Mreža može biti. I. Personal Area Network (LAN) namijenjena za povezivanje terminalnih/perifernih uređaja na ograničenom prostoru (< II. III. IV. 100 m). Local Area Network (LAN) Mreža namijenjena za povezivanje terminalnih/perifernih uređaja na ograničenom prostoru (< 1000 m). LAN mreže se pretežno odnose na privatne mreže. Metropolitan Area Network (MAN) Javna mreža koja pokriva (pri)gradsko područje (< 10 km). Koristi se za međusobno povezivanje LAN mreža. Wide Area Network (WAN) Mreža koja pokriva šire geografsko područje (cca. 1000 km) poput regije/države/kontinenta.

Vrste kanala o Kanali (engl. Circuits), ovisno o vrsti primjene i zahtjevima mreže, mogu biti Dedicirani (engl. Dedicated) Posebni fizički kanali dedicirani za direktno povezivanje uređaja u mreži. Komutirani (engl. Switched) Prospojeni fizički kanali u mreži pomoću jednog ili više komutacijskih čvorova (npr. telefonska centrala) za fleksibilno povezivanje uređaja u mreži. Virtualni (engl. Virtual) Logički kanali u mreži za povezivanje uređaja. Postoje Permanent Virtual Circuit (PVC) i Switced Virtual Circuit (SVC)

Vrste kanala (cont.) Slika 2. Dedicirani kanali između uređaja iz dva geografska područja Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Vrste kanala (cont.) Slika 3. Komutirani kanali između uređaja u mreži pomoću edge i core centrala Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Vrste kanala (cont.) Slika 4. Virtualni kanali

Two-wire vs. Four-wire Slika 5. Primjena two-wire i four-wire komunikacije Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Two-wire vs. Four-wire (cont.) o Two-wire Koriste se dvije žice za komunikaciju u oba smjera preko istog fizičkog linka ili puta (engl. Path). Primjer je analogna telefonska lokalna petlja koja povezuje korisnika sa lokalnom centralom. Ograničena je duljinom < 5.5 km o Four-wire Koriste se četiri žice za komunikaciju u oba smjera preko odvojenih fizičkih linkova ili puteva. Najčešće se jedan par žica koristio za dolazni promet, a drugi par žica za odlazni promet. Služile su za povezivanje, primjerice, lokalnih i tandem centrala Duljine > 80 km

Bandwidth o Bandwidth je mjera za kapacitet analognog (Hz) ili digitalnog (bps) kanala. o Bandwidth se odnosi na dostupni frekvencijski pojas za prijenos informacija. o Pojmovi vezani za bandwidth: Val nosioc Hertz Baud Bits i Bytes per second Narrowband, Wideband i Broadband

Bandwidth (cont.) Slika 6. Prikaz bandwidtha, guard band, i individualnih kanala

Bandwidth (cont.) o Val nosioc je Kontinuirani signal određene frekvencije čiji se parametri mijenjanju za prijenos informacije. Podržava i prijenos signalnih i kontrolnih informacija. o Hertz je Mjerna jedinica frekvencije. Odnosi se na broj elektromagnetskih valova u sekundi. Mjerna jedinica za analogni bandwidth (khz, MHz, GHz, THz) = razlika između najviše i najniže frekvencije. o Baud je Mjerna jedinica za broj signalnih jedinica (promjena signala) u sekundi. Baudrate ne može nikad biti veći od bandwidtha u Herzima. Jedan baud može predstavljati jedan ili više bitova. Još se i naziva simbolom.

Bandwidth (cont.) Slika 7. Razlika između bita i simbola.

Bandwidth (cont.) o Bits per second (bps) i Byte per second (Bps) su Mjerne jedinice za digitalni bandwidth. Označava broj prenesenih bitova ili bajtova u jedinici vremena (sekundi) o Narrowband, wideband i broadband su Oznake za različite raspone bandwidtha.

Bandwidth (cont.) o Narrowband: odnosi se na bandwidth za prijenos glasa (engl. Voice grade circuit). U analognim telekomunikacijama narrowband kanal ima bandwidth od 4 khz (standard za analogni glas). U digitalnim telekomunikacijama narrowband označava kanal kapaciteta 64 kbps (standard za nekompresirani, digitalizirani glas) o Wideband: Koristi se kada je dostupni bandwidth najčešće veći od potrebnog za normalan rad. o Broadband: Neprecizani, evoluirajući termin koji se odnosi na relativno velik bandwidth. Najčešće se koristi za bandwidth veći od 1.544 Mbps, odnosno 2.048 Mbps. U LAN mrežama broadband se koristi u drugačijem kontekstu.

Bandwith vs. Throughput

Analog vs. Digital o Vrsta komunikacije se može podijeliti na: Analogna komunikacija je oblik komunikacije gdje je informacija predstavljena pomoću kontinuiranih vrijednosti parametara zvučnog vala (amplituda, frekvencija). Digitalna komunikacija je oblik komunikacije gdje je informacija predstavljena diskretnim vrijednostima signala, odnosno kombinacijom 0 i 1.

Analogna komunikacija Slika 8. Sinusoidalni oblik vala sa frekvencijom, amplitudom i periodom.

Analog vs. Digital (cont.) o Prednosti analognog prijenosa: Način prijenosa relativni lakši prijenos jer se informacija nalazi u izvornom obliku. Bandwidth potreban je manji bandwidth u odnosu na digitalni prijenos. Dostupnost široka dostupnost.

Analog vs. Digital (cont.) o Prednosti digitalnog prijenosa: Kompresija lakša kompresija digitalnog signala što rezultira manjim bandwidthom. Sigurnost poboljšani mehanizmi zaštite u odnosu na analogni prijenos enkripcija. Bolji integritet informacije manje grešaka u digitalnom u odnosu na analogni prijenos. Stupanj greške 10-7 u odnosu na 10-5 za analogne sustave. Trošak financijski isplativiji. Mogućnost nadogradnje laka nadogradnja digitalnih sustava sa ciljem povećavanja bandwidtha i integriteta informacija. Upravljanje digitalne mreže moguće je puno lakše održavati/upravljati.

Pojačala i ponavljači signala o Pojačala signala su Uređaji čija je uloga pojačavanje analognog signala zajedno sa šumom. Koriste se u lokalnoj petlji gdje je ograničena duljina bakrene parice (< 5.5 km) o Ponavljači signala su Uređaji u digitalnim sustavima čija je uloga regeneracija digitalnog signala. Pogađa vrijednosti slabog dolaznog signala (0 ili 1) na temelju razine voltaže te regenerira signal.

Proces konverzije o Tijekom prijenosa signala je potrebno najčešće je potrebno signali konvertirati iz analognog (A) u digitalni (D) i obrnuto. o Za konverziju D-A-D koriste se uređaji koji se nazivaju modemi (modulator i demodulator). o Za konverziju A-D-A koriste se kodeci (npr. G.711) koji ulazni analogni signal kodiraju na strani odašiljača te potom obavljaju reverzibilan postupak na prijamnoj strani dekodiranje.

Proces konverzije (cont.) Slika 9. Princip A-D konverzije Izvor: http://www.technologyuk.net/telecommunications/telecom_principles/pulse_code_modulation.shtml

Multipleksiranje o Multipleksiranje je proces koji omogućuje dijeljenje fizičkog medija između dva čvora u mreži kako bi se prenosili višestruki tokovi informacija sa višestrukih izvora. o Multipleksiranje može biti. Frequency Division Multiplexing (FDM) Time Division Multiplexing (FDM) Statistical Time Division Multiplexing (FDM) Wavelength Division Multiplexing (WDM)

Multipleksiranje (cont.) o Frequency Division Multiplexing (FDM) Slika 10. Primjena FDM-a Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Multipleksiranje (cont.) o Time Division Multiplexing (TDM) Slika 11. Primjena TDM-a Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Multipleksiranje (cont.) o Statistical Time Division Multiplexing (STDM) Slika 12. Primjena STDM-a Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.

Multipleksiranje (cont.) o Valno multipleksiranje (engl. Wavelength Division Multiplexing) je proces koji omogućuje višestruki prijenos optičkim kablom sa jednim vlaknom koristeći različite valne duljine svijetla (λ). o WDM to postiže. podesivim laserima koji mogu emitirati svjetlost u različitim prozorima (različitih valnih duljina) o Osnovne vrste WDM-a su Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM)

Multipleksiranje (cont.) Slika 13. Princip rada valnog multipleksa

Multipleksiranje (cont.) o Inverzno multipleksiranje je. obrnuti proces od klasičnog multipleksiranja koji služi da se jedan multipleksirani tok informacije (veće brzine) razbije u nekoliko manjih (niže brzine). Po potrebi se tokovi manje brzine mogu kombinirati u cjelinu radi postizanja većih prijenosnih brzina. o Inverzno multipleksiranje se koristi Primjerice, T1 sa multipleksirana 24 kanala sa 64 kbps nije dovoljan za potrebe prijenosa videa u stvarnom vremenu. Tada se T1 link može razbiti po potrebi u manje kanale sa potrebnom brzinom;

Inverzno multipleksiranje Slika 14. Princip rada inverznog multipleksiranja

Komutacija kanala i komutacija paketa Slika 15. Kumutacija kanala (circuit switched) i komutacija paketa (packet switched)

Komutacija kanala i komutacija paketa (cont.) o Kod mreža sa komutacijom kanala (engl. Circuit switched) uspostavlja se veza između fizičkih kanala (engl. Physical circuit), tj. žica na privremenoj, kontinuiranoj ili ekskluzivnoj bazi. o Tako uspostavljena veza traje za vrijeme trajanja komunikacije između čvorova u mreži. o Mreže sa komutacijom paketa (engl. Packet switched) prijenos informacija se vrši pomoću paketa u koje se smještaje manji dijelovi informacije. o Svaki paket je poslan neovisno zbog toga da se za svaki paket može odrediti najprikladnija i dostupna ruta kojom paket može stići na odredište.

Signalizacija i upravljanje o Signalizacija i upravljanje je skup funkcija koje se odvijaju u unutar mreže kako bi se osigurao njezin nesmetan rad a vezane su za uspostavljanje, održavanje i prekid konekcije te praćanje statusa mreže. o U tom kontekstu, razni mrežni elementi unutar mreže međusobno se moraju predstaviti, komunicirati svoje stanje, i proslijediti instrukcije/naredbe. o Osnovni primljeni su on/off-hook status, pružanje tona za biranje, indikacija zauzetosti linije, billing instrukcije i sl. o Današnje mreže koriste Signalling System 7 (SS7) za tradicionalnu telefonske mreže i SIP/H.323 za mreže za prijenos govora IP protokolom.

Načini distribucija informacija Slika 16. Unicast, Broadcast i Multicast načini distribucije informacija

Načini distribucija informacija (cont.) Unicast Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju(e) točno samo prema samo jednom prijemniku/odredištu unutar određene mreže (npr. email). Broadcast Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju(e) prema svim prijemnicima/odredištima unutar određene mreže (npr. javna TV). Multicast Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju samo prema određenim prijemnicima/odredištima koji su pretplaćeni na određenu uslugu (npr. IPTV).

Načini distribucija informacija (cont.) Anycast Jedan odašiljač/izvor šalje informaciju(e) prema određenomb broju prethodno definiranih odredišta (npr. CDN mreže). Convergecast Više odašiljača/izvora šalje informacije prema jednom odredištu (npr. senzorske mreže) obrnuto od broadcast. Geocast Jedan odašiljač/izvor šalje informacije prema odredištima u određenom geografskom području (npr. lokalna televizija).

OSI model o OSI (Open Systems Interconnection) referenti model je konceptualni model za standardizaciju unutarnjih funkcionalnosti komunikacijske mreže o OSI referentni model sadrži sljedeće slojeve: 1. Fizički 2. Podatkovni 3. Mrežni 4. Transportni 5. Sesijski 6. Prezentacijski 7. Aplikacijski

Pitanja

Literatura 1. Bažant, A., (2007), Osnovne arhitekture mreža, 2. izdanje, Element, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb. 2. Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA. 3. Harte, L. (2007), Telecom Dictionary, Althos Publishing, Tennessee: USA.